Основные характеристики:
Характеристика холостого хода (ХХ).
;
На ХХ отсутствует, поэтому :
;
где
= сonst;
= сonst;
.
Напряжение пропорционально индукции магнитного поля статора, поток возбуждения пропорционален напряженности магнитного поля, создаваемый обмоткой возбуждения, в которой под действием протекает ток .
Индукция магнитного поля связана с напряженностью и магнитной пронициаемостью статора, т.е. характеристика ХХ отображает свойства магнитопровода машины, для этого она и применяется, если ток возбуждения менять от максимального значения до минимального с учетом знака в обе стороны, то в некотором масштабе получим петлю Гистерезиса.
Петля Гистерезиса – это зависимость напряжения и магнитной индукции.
Рисунок 12 – Петля Гистерезиса
Нагрузочная характеристика.
;
Данная зависимость отличается от предыдушей тем, что происходит ниже на величину падения напряжения на внутренних цепях машины.
Если характеристику ХХ представить в виде не петли, а однозначной кривой намагничивания:
Рисунок 13 – Кривая намагничивания
Внешняя характеристика.
;
изменяется под действием изменения внешней нагрузки, из-за падения напряжения на внутренних цепях машины.
Характеристика имеет монотоннопадающий характер:
Рисунок 14 –
Данная характеристика отображает свойства машины генератора напряжение при меняющийся нагрузки. В идеальном случае напряжение не изменяется при изменении . Однако, в реальной машине из-за падения влияние реакции якоря напряжение уменьшается с увеличением нагрузки, чем больше наклон, тем более «мягкая» характеристика.
Идеальная характеристика называется абсолютно жесткой. Приблизится к ней можно с помощью дополнительной систем управления, для предприятий по выработке электроэнергии, для стабилизации бортовых сетей подвижных объектов – это одна из актуальных проблем автоматики.
Тахогенератор постоянного тока.
В системах автоматики генераторы, кроме специальных случаев, не используются, как источники электроэнергии. Однако, они широко применяются, как измрительные устройства для преобразования скорости вращения или угла поворота в электрические сигналы.
Таким прибором является тахометр.
Наиболее важной его характеристикой является выходная:
;
Рисунок 15 – Тахометр
В идеальном случае желательно иметь эту характеристику линейной:
;
Рисунок 16 – Идеальная характеристика
Тахометр используют только с независимым возбуждением.
Т.к. тахометр – это измерительный прибор, то важнейщим его параметром является точность, поэтому рассмотрим причины погрешности тахометра:
1) влияние нагрузки.
Предположим, что
нагрузка – это активное сопротивление
.
Выходное напряжение по закону Ома
определяется соотношением:
;
Запишем следующее уравнение:
;
;
;
Рисунок 17 – Влияние нагрузки
Увеличение нагрузки, т.е. уменьшение , приводят к уменьшению наклона характеристики, т.е. к уменьшению коэффициента усиления и к уменьшению чувствительности прибора:
;
На ХХ (при
)
коэффициент тахогенератора равен
коэффициенту ЭДС машины (
),
следовательно, для повышения точности
машины следует исполнить ближе к ХХ.
2) влияние реакции якоря.
Реакция якоря, т.е. искажение магнитного поля машины при больших токах нагрузки в общем случае это нелинейные явления.
Рисунок 18 – Влияние реакции якоря
3) влияние температуры имеет место при электромагнитном возбуждении, когда изменение сопротивление обмоток статора приводит к изменению тока, а значит и токовозбуждения, соответственно меняется и ЭДС вращения. Для уменьшения влияния этого явления магнитопровод машины делают насыщенным.
Рисунок 19 –
Для большей стабилизации токовозбуждения применяют магнитные шунты.
Рисунок 20
Влияние щеточного контакта.
Щеточный контакт – это контакт между двумя материалами с разными физическими свойствами.
Причины: имеется падение напряжения в щёточном контакте, сопротивление щёточного контакта нелинейно, кроме того обладает вентельными свойствами (т.е. свойствами выпрямления)и наконец имеется контактная разность потенциалов. В результате в щёточном контакте возникает погрешность, при малых значениях сигнала.
Для уменьшения погрешности щётки изготавливают из материала с близкими физическими свойствами материалу коллектора (сплав серебра, меди и т.п.).
Рисунок 21 – Погрешность в щеточном контакте
Пульсация выходного напряжения.
Эта составляющая погрешности имеет наибольший вес
– шумы подвижного контакта;
Рисунок 22 – Шумы подвижного контакта
– коллекторные пульсации;
К ним относятся не только шумы, но и методическая погрешность выпрямления, обусловленная наличием конечного числа секций обмотки якоря и коллекторных пластин.
Рисунок 23 – Методическая погрешность выпрямления
– якорные пульсации;
Обусловленные неидеальной геометрией машины. В частности смещением центра вращения, в результате возникают биения. Затем в течение оборота меняются воздушные зазоры между якорем и статором, так же меняется сопротивление.
Рисунок 23 – Неидеальная геометрия машины
– рубцовые пульсации.
Обусловленные пульсациями магнитного потока при налегании края полюса на край полюса статора. Для уменьшения влияния этого явления пазы якоря и статора делают скошенными.
Рисунок 24 – Скошенные края ротора
Достоинствами являются:
Высокая линейность характеристик;
Высокая чувствительность, т.е. достаточно большой коэффициент усиления.